La formazione delle miscele ESPLOSIVE

Transcript

1 La formazione delle miscele ESPLOSIVE Caratterizzazione delle proprietà chimico-fisiche di GAS - VAPORI - POLVERI Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 1 Definizione: Atmosfera Esplosiva DLgs. 233/03 Miscela con l aria, a condizioni atmosferiche, di sostanze infiammabili allo stato di gas, vapori, nebbie o polveri in cui, dopo accensione, la combustione si propaga all insieme della miscela incombusta. Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 2 1

2 Esplosione Un'esplosione è un improvviso e violento rilascio di energia meccanica, chimica o nucleare, normalmente con produzione di gas ad altissima temperatura e pressione. L'espansione istantanea di questi gas crea un'onda d'urto nel mezzo in cui avviene, che in assenza di ostacoli si espande in una sfera centrata nel punto dell'esplosione. Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 3 Deflagrazione (combustione esplosiva) Una deflagrazione è un'esplosione relativamente lenta, che genera un'onda d'urto subsonica. Questo tipo di esplosione è normalmente prodotto da una veloce reazione di combustione. per esempio la polvere nera in un'arma da fuoco oppure il combustibile in un motore a combustione interna. Si contrappone alla detonazione dove l'onda d'urto è supersonica Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 4 2

3 Combustione La combustione è una reazione chimica che comporta l'ossidazione di un combustibile da parte di un comburente (spesso l'ossigeno dell'aria) Durante la combustione si ha sviluppo di calore e spesso anche di luce. Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 5 Reazione chimica Due o più sostanze (reagenti) si combinano per Formare altre sostanze (prodotti) A + B C + D 1. Intimo contatto tra i reagenti 2. Energia di attivazione Velocità di reazione Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 6 3

4 Reazione chimica E 1.Combustibile 2.Comburente R Ea 3.Energia di attivazione: INNESCO t E P Energia liberata che genera l onda d urto t Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 7 Caratteristiche dei Combustibili (gas vapori e liquidi) Una sostanza è definita combustibile quando la reazione di ossidazione avviene con produzione di energia (esotermica) Parametri caratteristici delle sostanze: 1. Limiti di infiammabilità (gas e vapori) Concentrazione in aria 2. Punto di infiammabilità (liquidi) temperatura Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 8 4

5 Gas - Vapori Un gas è un aeriforme caratterizzato da una temperatura critica inferiore alla temperatura ambiente; gli aeriformi per cui ciò non avviene si trovano nello stato di vapore. In pratica, un gas può anche essere definito come un aeriforme non condensabile a temperatura ambiente. Il presenza di un vapore è quindi determinata dalla presenza di un liquido che evapora. La tendenza di un liquido ad evaporare si chiama VOLATILITA. Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 9 Limiti di Infiammabilità (o esplosività) Rappresentano la minima Li e la massima Ls concentrazione (% vol) di sostanza che può sostenere la propagazione della fiamma. Delimitano il campo di infiammabilità. sostanza Metano Esano (l) Stirene (l) Ammoniaca Idrogeno Benzina Li (% vol) 5 1,2 1, ,4 Ls (% vol) 15 7,4 6, ,6 Per prevedere nelle miscele questo parametro si può usare un criterio ponderale Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 10 5

6 Punto di infiammabilità Ti La temperatura più bassa alla quale il vapore sviluppato dal liquido forma con l aria una miscela che si infiamma sotto l azione di una sorgente di accensione (flash point) sostanza acetone toluene Alcol etilico Ti C Per Ti i problemi di sicurezza si riducono notevolmente. Ti superiori a 93 non vengono determinate Per le miscele non è possibile prevedere questo parametro a causa della formazione di azeotropi Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 11 Infiammabilità e Etichettatura sostanze pericolose 1. estremamente infiammabili simbolo F+ liquidi con punto di infiammabilità estremamente basso (Ti<0 ) e punto di ebollizione basso (<30 ) e i gas che a temperatura e pressione ambiente sono infiammabili a contatto con l'aria 2. facilmente infiammabili simbolo F - sostanze che a contatto con l'aria, a temperatura ambiente e senza apporto di energia possono subire innalzamenti termici e da ultimo infiammarsi - solidi che possono facilmente infiammarsi dopo un breve contatto con una sorgente di accensione e che continuano a bruciare o a consumarsi anche dopo il distacco della sorgente di accensione - liquidi il cui punto di infiammabilità è molto basso (0 <Ti<21 ) - sostanze che a contatto con l'acqua o con l'aria umida sprigionano gas facilmente infiammabili in quantità pericolose 3. infiammabili liquidi con un basso punto di infiammabilità (21 <Ti<55 ) Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 12 6

7 Infiammabilità e Norme CEI liquidi molto infiammabili (Cat. A) Ti < 21 C liquidi infiammabili (Cat. B) 21 C < Ti < 65 C liquidi combustibili (Cat. C) oli combustibili 65 C < Ti < 125 C oli lubrificanti Ti > 125 C Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 13 Temperatura di accensione Minima temperatura di una superficie riscaldata alla quale, in condizioni specificate, avviene l accensione di una sostanza infiammabile allo stato di gas o vapore in miscela con aria. Temperatura di autoaccensione: non è necessaria la Sorgente di innesco Sostanza Ta benzina 250 C gasolio 220 C idrogeno 560 C abete in trucioli 260 C fiammiferi 163 C legno pannelli truciolare C Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 14 7

8 Densità relativa di un gas o vapore Il rapporto in peso tra un volume di gas o vapore e lo stesso volume di aria Il riferimento è quindi l aria la cui densità è pari a 1 Importante nella previsione della propagazione della nube infiammabile Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 15 Energia di accensione Energia minima necessaria ad incendiare una miscela combustibile-aria : Essa dipende 1. concentrazione combustibile (minima alle condizioni stechiometriche) 2. Tipo di sostanza 3. Temperatura ambiente 4. Umidità E generalmente molto bassa es.: benzina 0,25 mj Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 16 8

9 Caratteristiche dei Combustibili (solidi aerodispersi - polveri) Una polvere combustibile o ossidabile può esplodere quando, dispersa in un atmosfera contenete sufficiente ossigeno, è innescata da una sorgente di accensione. Es: metalli, sostanze organiche, polimeri, resine, carboni, legno, sostanze alimentari ecc. Vi è una analogia marcata con le esplosioni da gas quando la granulometria è inferiore a 5µm Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 17 Polveri Turbolenza Sistema eterogeneo Particelle Sedimentazione Concentrazione: variabile nella massa Li (peso/volume) Ls (n.d.) Es: Polietilene 38 mg/mc Gas Quiete Sistema omogeneo Molecole Diffusione Concentrazione: uniforme Li Ls Metano mg/mc Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 18 9

10 Fattori che influenzano la esplodibilità 1. Composizione chimica e reattività 2. Dimensioni delle particelle 3. Natura del comburente 4. Umidità 5. Turbolenza 6. Temperatura 7. Aggiunta di inerti (gas e/o polveri) 8. Presenza di gas infiammabili Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 19 Composizione chimica 1. Polveri metalliche (Al) è l azoto si espande e può anch esso reagire con il metallo 2. Composti organici producono CO 2 e H 2 O espansione possono contenere sostanze volatili (residui di solventi) sostanze non combustibili (silice, carbonato di Ca). Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 20 10

11 Dimensioni delle particelle Al diminuire delle dimensioni delle particelle: La Velocità di reazione aumenta per maggiore diffusione dell ossigeno nella massa solida aumento dell area superficiale disponibile aumento del tempo in cui la polvere rimane sospesa La pressione massima d esplosione aumenta La energia minima di accensione diminuisce La concentrazione minima esplodibile (Li) diminuisce Polveri con particelle > 500 µm in genere non esplodono Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 21 Natura del comburente L aumento del tenore di ossigeno esalta la combustibilità della polvere. La diminuzione di O 2 inibisce la combustione Umidità In generale fa diminuire l esplodibiltà per: 1. dissipazione di calore 2. aumento di temperatura accensione, 3. Aumento dell energia di accensione 4. Aumento del Li di esplosività Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 22 11

12 Temperatura L esplodibilità aumenta in quanto: Aumenta la velocità della reazione Si riduce l effetto dell umidità della polvere La polvere si disperde con maggiore facilità Agisce su entrambe le fasi della miscela: 1. Solida (altera le caratteristiche della polvere) 2. Gassosa (preriscalda il comburente e modifica la composizione della miscela) Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 23 Esplosione secondaria A seguito di una prima esplosione (primaria) interna ad un impianto si possono generare delle pressioni che generano dispersioni di eventuali cumuli di polvere sedimentata. Tali dispersioni di polvere, in genere all esterno dell impianto, possono a loro volta esplodere generando una seconda esplosione. Atmosfere Esplosive. 8-9 Novembre 2005 Adolfo Buzzoni 24 12